فيديو السؤال: حساب التغير في حالة تأكسد النيتروجين في تفاعل أكسدة الجرافيت الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

نسخة الفيديو النصية

حمض النيتريك عامل مؤكسد قوي يتفاعل مع عنصر الكربون في صورة متآصل الجرافيت. التفاعل موضح بالأسفل. ثلاثة ‪C‬‏ جرافيت زائد أربعة ‪HNO3‬‏ ينتج ثلاثة ‪CO2‬‏ زائد أربعة ‪NO‬‏ زائد اثنين ‪H2O‬‏. بأي قيمة تتغير حالة تأكسد النيتروجين أثناء هذا التفاعل؟

يتعلق هذا السؤال بحالات التأكسد. تشير حالة التأكسد إلى درجة أكسدة الذرة، التي تناظر عادة عدد الإلكترونات المفقودة. على سبيل المثال، يمكننا النظر إلى جزيء الماء في المعادلة. حالة تأكسد ذرة الأكسجين هي سالب اثنين؛ لأنها اكتسبت إلكترونين جزئيًّا. عادة ما نحسب عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة جزئيًّا عند تحديد عدد التأكسد. وفي الوقت نفسه، كل من ذرتي الهيدروجين في هذا الجزيء لها حالة تأكسد تساوي موجب واحد؛ لأن كلًّا منها فقدت إلكترونًا واحدًا جزئيًّا. لاحظ أن حالة التأكسد الموجبة تعني فقد الإلكترونات، في حين أن حالة التأكسد السالبة تعني اكتساب الإلكترونات.

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد حالة التأكسد، أو بعبارة أخرى عدد التأكسد، للنيتروجين في كل من ‪HNO3‬‏ و‪NO‬‏. لحسن الحظ، يوجد بعض القواعد التي يمكننا اتباعها لتساعدنا في أثناء ذلك.

القاعدة الأولى هي أن المركبات المتعادلة لها عدد تأكسد كلي مقداره صفر. على سبيل المثال، في جزيء الماء لدينا، عند جمع عددي التأكسد لذرتي الهيدروجين، موجب واحد لكل ذرة، مع عدد تأكسد ذرة الأكسجين الذي يساوي سالب اثنين، نحصل على صفر. القاعدة التالية هي أن حالة تأكسد الأيون تساوي شحنته. وأخيرًا، حالة تأكسد الأكسجين هي سالب اثنين، فيما عدا بعض الحالات الخاصة، كما هو الحال في البيروكسيدات أو عند ارتباطه بالفلور.

دعونا نطبق هذه القواعد لتحديد حالة تأكسد النيتروجين في هذين المركبين. للتذكير، العبارتان «حالة التأكسد» و«عدد التأكسد» مترادفتان. لنبدأ بحمض النيتريك. شحنة أيون النيترات هي سالب واحد، لذا يجب أن تكون حالة تأكسده سالب واحد أيضًا. هذه ليست حالة خاصة. إذن كل ذرة أكسجين لها عدد تأكسد يساوي سالب اثنين. في هذا الأيون، توجد ثلاث ذرات أكسجين، كل منها له حالة تأكسد تساوي سالب اثنين. عندما نجمع أعداد التأكسد هذه مع عدد التأكسد المجهول لذرة النيتروجين، لا بد أن نحصل على سالب واحد؛ أي الشحنة، ومن ثم نحصل على حالة تأكسد أيون النيترات.

حالة تأكسد النيتروجين في هذا المركب هي موجب خمسة. ينتج عن حالتي التأكسد لكل من النيتروجين والأكسجين أيون له حالة تأكسد كلية تساوي سالب واحد. وعند جمع هذا مع موجب واحد لذرة الهيدروجين، يصبح عدد التأكسد الكلي لهذا المركب المتعادل صفرًا. لكن ما يهمنا أكثر هنا هو عدد تأكسد النيتروجين، موجب خمسة. هذا هو العدد الذي سنحتفظ به بينما ننتقل إلى المركب الثاني.

المركب الثاني أبسط قليلًا. هذه ليست حالة خاصة من الأكسجين، ولذا فحالة تأكسده هي سالب اثنين. هذا مركب متعادل، لذا تنطبق القاعدة الأولى هنا. يجب أن يساوي عدد تأكسده الكلي صفرًا. عدد التأكسد موجب اثنين سيفي بالغرض. مجموع عددي التأكسد يساوي صفرًا. بذلك نكون قد حصلنا على العدد الرئيسي الثاني. عدد تأكسد النيتروجين في ناتج هذا التفاعل هو موجب اثنين. ونظرًا لارتباطه بذرات مختلفة، يتغير عدد تأكسد النيتروجين من بداية التفاعل وحتى نهايته، من موجب خمسة إلى موجب اثنين. يمكننا قول إن حالة التأكسد تتغير بقيمة سالب ثلاثة، أي تقل بمقدار ثلاثة. وهذه هي الإجابة الصحيحة.

بما أن عدد التأكسد هو مؤشر عام على عدد الإلكترونات المفقودة، فإن التغير في عدد التأكسد بمقدار سالب ثلاثة يعني أن ثلاثة إلكترونات قد أضيفت إلى النيتروجين من بداية التفاعل وحتى نهايته. بأي قيمة تتغير حالة تأكسد النيتروجين أثناء هذا التفاعل؟ تتغير بمقدار سالب ثلاثة.